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TP Chimie 1 TS 2012-2013 Avogadro et la STÉRÉOCHIMIE_

Modification de la couleur d’arrière-plan La couleur d’arrière-plan (initialement noire) peut être changée grâce au

menu Vue > Couleur d’arrière-plan …

Pour dessiner un modèle moléculaire

Sélectionner l’outil dessin en haut.

A l’aide de la souris, bouton gauche maintenu appuyé, on obtient, en étirant

puis en relâchant, d'abord l'éthane, puis en reproduisant l'opération à partir d'un des deux carbones, un alcane

linéaire de plus en plus grand.

Partant ensuite d’un atome de carbone de la chaîne carbonée, on peut avec le même principe obtenir un

alcane ramifié.

Pour annuler une action : menu Edition > Undo ... ou plus simplement CTRL+Z.

Optimisation manuelle de la représentation moléculaire

L'outil de manipulation permet d'optimiser manuellement la représentation d'une molécule : en cliquant

sur cet outil, on peut ensuite déplacer un atome sans rompre de liaison(s).

Optimisation automatique de la représentation moléculaire Avec le menu Extensions > Optimisation de la géométrie … , on obtient un modèle respectant la géométrie de la molécule (longueurs relatives des liaisons, angles entre liaisons, ...).

Pour représenter une molécule autre qu'un alcane

Exemple de l'éthylène

A partir de l'éthane (outil dessin sélectionné, puis cliquer et étirer sur la zone

de travail), cliquer sur la liaison C-C : on obtient

l'éthylène; un clic supplémentaire donne

l'acétylène.

On retrouve l'éthane en cliquant une fois de plus.

Exemple de l'éthanol

A partir de l'éthane, cliquer sur ,

et dans la liste déroulante , choisir l'oxygène.

En cliquant sur un des 6 atomes d'hydrogène, celui-ci est substitué par un

groupe hydroxyle -OH.

Passage de l'éthanol à l'éthanal puis à l'acide éthanoïque

L'oxygène étant toujours sélectionné dans la liste, en cliquant

sur la liaison C-O, on obtient l'éthanal :

Puis en cliquant sur l'atome d'hydrogène du groupe

fonctionnel, on obtient l'acide éthanoïque :

Une molécule plus complexe : l'acide butènedioïque

Rechercher la/les formule(s) possible(s) de formule brute C4H

4O

4.

Dessiner, modéliser, représenter et écrire la/les molécule(s) trouvée(s).

Pour cela utiliser les documents mis à disposition.

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Construire et dire si les composés suivants sont chiraux ou achiraux

- le 2-bromopentane

- le 3-bromopentane

- le 1-bromo-2-méthylbutane

- le 2-bromo-2-méthylbutane

Effacement

Pour effacer une structure, cliquer en haut sur l’outil de sélection .

« Dessiner » un cadre autour de la structure, bouton gauche de la souris maintenu appuyé, puis dans le menu

Edition, cliquer sur Effacer.

Sauvegarde du modèle moléculaire créé Dans le menu Fichier puis Enregistrer sous … , on peut choisir parmi plusieurs types de fichiers, en

particulier CML : Le modèle peut alors être réédité dans Avogadro (Fichier > Ouvrir …) ;

Attention : le nom du fichier ne doit pas comporter de lettre accentuée.

Pour enregistrer la molécule sous forme d’image, dans le menu Fichier, il faut choisir Exporter :

- l’option Graphiques … permet d’obtenir une image au format BMP, PNG, ou JPEG ;

- l’option Graphiques vectoriels … permet d’exporter au format PDF, SVG, ou EPS.

Déplacer la molécule

Cliquer sur l'outil de navigation , puis sur la molécule avec le bouton droit de la souris, et déplacer en

maintenant appuyé.

Zoomer sur la molécule

Cliquer sur l'outil de navigation , puis sur la molécule avec la molette de la souris. Selon le sens de

rotation de la molette, on augmente ou diminue la taille de la molécule.

Rotation de la molécule autour d'un atome donné

Cliquer sur l'outil de navigation , puis sur un atome donné de la molécule avec le bouton gauche de la

souris, et déplacer celle-ci en maintenant le bouton gauche appuyé.

Rotation automatique

En cliquant sur l'outil de rotation automatique , puis en imprimant un mouvement de rotation à la

molécule à l'aide du bouton gauche de la souris maintenu appuyé puis relâché, la molécule tourne sur elle-

même jusqu'à ce qu'un clic sur la zone de travail soit effectué. L'axe de rotation dépend du mouvement

initial de la souris.

La STÉRÉOISOMÉRIE ou STÉRÉOCHIMIE

stéréo « solide » ou « volumique, qui occupe un volume », du grec ancien στερεός (stereos) « solide »,

et de isomère, lui-même composé de : iso du grec ancien ίσος (isos) « même » et mère du grec ancien

μέρος (mêros) « partie ».

Définitions

• Les stéréoisomères sont des isomères ayant même formule semi-développée, mais qui diffèrent

entre eux par la disposition des atomes dans l'espace.

Les stéréoisomères peuvent être des isomères de configuration ou des

isomères de conformation.

• Les isomères configurationnels ou de configuration d'un composé donné correspondent

chacun à une disposition particulière des atomes constituant sa molécule dans l'espace. Il s'agit

donc de molécules différentes que l'on peut isoler.

Exemple du 1,2-dichloroéthylène. Cl Cl

C C

Cl H

C C

H H

Première configuration

H Cl Deuxième configuration

Teb° = 60°C Teb° = 47°C

Stéréoisomères configurationnels

séparables par distillation

Le passage d'une configuration à une autre nécessite la rupture d'une liaison ensuite sa

formation de nouveau. Dans l'exemple ci-dessus c'est la double liaison se trouvant entre les deux

carbones.

• Les isomères de conformation ou conformères correspondent tous à la même configuration.

Donc il s'agit d'une seule molécule. De ce fait les conformères sont non isolables.

Exemple du 1,2-dichloroéthane Cl H H H

H H H Cl

Cl H Cl H

Première conformation Deuxième conformation

conformères non isolables, Teb° = 83°C

Le passage d'une conformation à une autre s'effectue par simple rotation et sans rupture de

liaisons.

Document 1

doc 2

doc 3 doc 4

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CH CH CH CH CH CH CH CH CH

CH

CH C CH

CH

CH

ISOMÉRIE PLANE

Définition Au sens large du terme, on appelle isomères, des composés chimiques ayant une même formule

brute mais des formules développées différentes. On désigne précisément par l’expression

d'isomérie plane, les cas d'isoméries pouvant être représentés par des schémas plans. On distingue

trois sortes d'isoméries planes :

a) Isomérie de chaîne

Les squelettes carbonés sont différents:

Exemple pour une formule brute C5H12 .

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH2 CH3

CH3

CH3

CH3 C CH3

CH3

n-pentane isopentane néopentane

b) Isomérie de position

Le squelette de base est le même mais la position de la fonction diffère.

Exemples OH

CH3 CH2 CH2 CH2 OH CH3 CH CH2 CH3

butan-1-ol butan-2-ol

CH3─ CH2─ CH2 ═ CH2 CH3 ─ CH ═ CH ─ CH3

but-1-ène but-2-ène

c) Isomérie de fonction

Les fonctions chimiques sont différentes.

Exemple de C2H6O

CH3 CH2 OH

éthanol (alcool)

CH3 O CH3 oxapropane (éther)

Ces deux corps se différencient à la fois par leurs propriétés chimiques et physiques ; ils sont

porteurs de groupements fonctionnels différents.

Un cas particulier de l'isomérie de fonction; c'est la TAUTOMÉRIE. Deux tautomères sont deux

isomères de fonction pouvant se transformer l'un en l'autre par un équilibre chimique dit de

tautomérie (migration d'un proton).

Exemple de l'équilibre céto-énolique

CH2═ C─ CH3 CH3 C CH3

OH O

prop-1-én-2-ol propanone

énol instable cétone plus stable

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STÉRÉOISOMÉRIE CONFIGURATIONNELLE

STÉRÉOISOMÉRIE GÉOMÉTRIQUE : Z / E OU CIS/TRANS

La présence d'une double liaison C═C empêche la rotation des deux carbones l'un par rapport à

l'autre. Par conséquent si chacun de ces 2 carbones porte 2 atomes ou groupes d'atomes différents, il

peut exister deux configurations distinctes appelées diastéréoisomères géométriques,

dia du grec ancien διά (dia) « à travers ».

Lorsque les 2 atomes ou groupe d'atomes prioritaires sont du même côté de la double liaison on

a une configuration "Z", s'ils sont de part et d'autre on a une configuration "E".

Exemple but-2-ène

CH3

H

CH3

C C

H Z

H CH3

CH3

C C

H E

La configuration de la molécule est indiquée en faisant précéder son nom de nomenclature

internationale par (Z)- ou (E)-.

Exemple

H

CH3

CH3

C C

H

( E ) - but-2-ène

Pour désigner 2 stéréoisomères Z ou E, on établit d'abord un classement sur chacun des carbones

doublement liés, entre les 2 atomes ou groupes d'atomes qu'il porte en utilisant la règle séquentielle.

Règle séquentielle

(Elle permet la détermination de l’ordre de priorité des atomes ou groupes d'atomes).

On classe les atomes directement liés au carbone portant la double liaison

1) par ordre décroissant des numéros atomiques :

Ex : —Cl (Z=17) > —OH (Z=8) > —NH2 (Z=7) > —CH3 (Z=6) > —H (Z=1) > : (doublet libre)

(2)

(1)

CH3

Cl

H

C C

CH3

(2)

(1)

(Z) -2-chlorobut-2-ène

Document 3

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2) en cas d'égalité pour l'atome directement lié, on applique la même règle avec les atomes adjacents

(atomes de deuxième rang), s'il y a encore ambiguïté on passe aux atomes de troisième

rang... .

Ex : -CH2-CH3 et -CH2-CH2Cl H H

C C H

H H -CH2-CH3 < -CH2-CH2Cl

H H

C C Cl

H H

(atomes de premier rang)

(atomes de deuxième rang)

(atomes de troisième rang)

(2)

(1)

CH3

C

Cl CH2

CH2

C

CH3

CH3

(1)

(2)

(E) -1-chloro-2,3-diméthylpent-2-ène

3) une liaison multiple équivaut à plusieurs liaisons simples avec le même atome :

O

C est compté comme

H

(O)

C O

H

(C)

C N est compté comme

(N) (C)

C N

(N) (C)

C C est compté comme

Remarques :

- la valence d'un atome réel est toujours respectée

- le comptage s'arrête toujours à un atome ficti

(C) C C (C)

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STÉRÉOISOMÉRIE CONFIGURATIONNELLE

STÉRÉOISOMÉRIE OPTIQUE

Généralités

a ) La chiralité

- On dit qu'une molécule est chirale si elle n'est pas superposable

à son image dans un miroir plan. Comme objets présentant la

propriété de chiralité on peut citer : la main gauche et la main droite,

une paire de chaussures, une paire de ciseaux, un tire-bouchon, un

escargot (sens d'enroulement de la coquille)...

Pour les molécules :

- Une molécule non chirale est dite achirale.

- A quelles conditions une molécule peut être chirale ?

Dans la très grande majorité des cas les molécules chirales sont

des molécules qui ne possèdent ni plan, ni centre de symétrie.

Exemple de molécules chirales

main droite main gauche

acide 2-hydroxypropanoïque ( acide lactique )

Exemple de molécules achirales

1,2-dibromocyclobutane 2,6-diméthylspiro [3.3] heptane

Document 4

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b) L'énantiomérie

Une molécule chirale possède, du fait même de sa chiralité, un stéréoisomère qui est son image

par rapport à un miroir plan (image spéculaire).

A miroir B B’

La relation qui existe entre les molécules A et B (objet - image) est appelée ENANTIOMERIE et

chacune est l'énantiomère de l'autre. (On dit aussi énantiomorphe, antipode optique ou inverse

optique). Les deux énantiomères A et B diffèrent par leur configuration.

c) Le carbone asymétrique

Définitions

On appelle atome de carbone asymétrique ou centre asymétrique (noté C*), un atome de carbone

portant 4 atomes ou groupements d'atomes différents, donc un carbone tétraédrique.

Toute molécule contenant un et un seul atome de carbone asymétrique est chirale. On pourra

donc séparer ses 2 énantiomères dextrogyre (+) et lévogyre (-).

Exemple du 2-bromobutane

Exemple de L'acide lactique

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c

Les COMPOSÉS FONCTIONNELS Définitions

1- Fonction chimique ou groupement fonctionnel

On appelle groupement fonctionnel ou fonction chimique, l’atome ou le groupe d'atomes qui

caractérise une famille de composés organiques et qui détermine l’ensemble de ses propriétés ainsi

que sa réactivité chimique.

Si, en plus du carbone et de l’hydrogène, on considère par exemple l’oxygène, élément bivalent,

trois enchaînements sont envisageables :

C O H

C O C

Exemple : Exemple :

H3C

H3C

O H O CH3

méthanol

éther méthylique

C O Exemple :

H

H3C C O

acétaldéhyde

Ces trois fonctions confèrent aux molécules qui les comportent des propriétés différentes. Toutes les

molécules contenant l'une de ces fonctions ont des propriétés analogues et constituent une famille

homogène.

Le carbone qui porte la fonction est appelé carbone fonctionnel.

2- Fonction principale

Lorsqu'une molécule comporte deux ou plusieurs fonctions chimiques, l'une de ces fonctions sera

considérée comme fonction principale et les autres comme groupements.

Exemple : HO CH2 CH

NH2

COOH

Ce composé comporte trois groupes fonctionnels différents : acide carboxylique, amine et alcool.

Le groupement acide est la fonction principale et les deux autres sont considérés comme

substituants.

Les fonctions chimiques sont classées selon leur valence. Une fonction est dite principale

lorsqu'elle a la valence la plus élevée.

3- Valence d'une fonction chimique

On appelle valence d'une fonction, le nombre d'atomes d'hydrogène substitués sur le carbone

fonctionnel par des hétéroatomes* .

* hétéroatome : atome autre que le carbone et l'hydrogène. Exemple : O, N, S, halogène noté X : F, Cl, Br et I.

Document 5

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c

ordre

fonction chimique formule *

suffixe

préfixe

valence

1

acide carboxylique

O

R C OH

ique ou

oïque

carboxy

fonctions

trivalentes

2

anhydride d’acide

O O

R1 C O C R2

anhydride

…ique

3

ester

O

R1 C O R2 (R2 ≠ H)

alkyl…

oate

alkyloxy

carbonyl

4

halogénure d’acide

O

R C X

Halogén.

oyle

halogéno

formyl

5

amide

O

R C NH

amide

Amino

formyl

6 nitrile R C≡N (R ≠ H) Nitrile cyano

7

aldéhyde

O

R C H

al

formyl

fonctions

bivalentes

8

cétone

O

R1 C R2 (R1 et R

2 ≠ H)

one

oxo

9

alcool

R2

R1 C O H

R3

ol

hydroxy

fonctions

mono-

valentes

10

amine

R1

R2 N R3

amine

amino

11

éther oxyde R1 O R2 (R1

et R2≠ H)

-

oxa

12

composés halogénés

R X (R ≠ H)

-

halo

Exemples :

N

C O H C O C O

fonction monovalente fonction bivalente fonction trivalente

Remarque : il ne faut pas confondre la valence d’une fonction avec .celle d'un élément.

- valence de l'azote: (Z = 7), N : K2 L5 donc trivalent : N. .

- valence de l'oxygène: (Z = 8), O : K2 L6 donc bivalent : . O.

Le classement des groupements fonctionnels par ordre de priorité décroissante est le suivant :

2

*) R, R1, R2 et R3 peuvent être des atomes d'hydrogènes, des groupements alkyles ou phényles.